VALORISATION NERGTIQUE Titre du document Titre du Document

VALORISATION ÉNERGÉTIQUE Titre du document Titre du Document DES BOUES DE STATIONS D’ÉPURATION Présenté par : Mme S. M- HALOUANI 30 OCTOBRE 2013

SOMMAIRE I. III. IV. V. VI. Présentation de la digestion anaérobie des boues Principe de fonctionnement du digesteur Les technologies. Etude de cas – station d’épuration de la ville de Annaba. Exploitation et contrôle de la digestion Conclusion. 2

I. LA DIGESTION ANAEROBIE GENERALITES 3

QU’EST-CE QUE LA DIGESTION ANAÉROBIE ? La digestion anaérobie, ou biométhanisation , est un processus biologique naturel de décomposition de la matière organique par des microorganismes (bactéries) qui s’activent dans des conditions anaérobiques, c’est-àdire sans oxygène. Ce processus se déroule dans un bioréacteur fermé. La digestion de la matière organique génère à la fois du biogaz et un résidu solide appelé digestat. Cette filière de valorisation de la matière organique peut donc produire de l’énergie renouvelable et du compost. 4

MÉCANISMES DE LA DIGESTION 5

PROCÉDÉ BIOLOGIQUE VALORISANT LES MATIÈRES ORGANIQUES SOUS FORME : q Une énergie renouvelable: Le Biogaz q Un amendement agronomique utilisé comme fertilisant Électricité Digestion par des bactéries dans un réacteur Biogaz renouvelab le Chaleur renouvelabl e Effluents organique s Digestat (Substitut d’engrais) 6

QUEL TYPE DE DIGESTION ANAÉROBIE ? 3 types principaux en fonction de la T°C: ØLa digestion anaérobie psychrophile : température de 10 à 25°C. Ø La digestion anaérobie mésophile : température de 25 à 45°C. Ø La digestion anaérobie thermophile : température de 45 à 65°C. 7

PLACE DANS LA CHAÎNE DE TRAITEMENT DES BOUES q Premier maillon du traitement, après décantation, voire épaississement 8

QUELS SERONT LES TYPES DE BOUES DIGÉRÉES ? Alimentation des digesteurs par: q Un Mélange de Boues Primaires et /ou de Boues Secondaires. q Avec des concentrations suffisantes : v. Moyenne : 40 à 50 g/l v. Optimum : 55 à 65 g/l 9

II. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU DIGESTEUR 10

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III. LES TECHNOLOGIES 12

DIGESTION À SIMPLE OU DOUBLE ÉTAGES ØA simple étage : un digesteur chauffé et brassé. Ø A double étage : chaîne de digestion composée de: q. Digesteur primaire chauffé et brassé; q. Digesteur secondaire non chauffé et brassé. Séquentiellement ayant comme rôle de : v Stocker les boues avant déshydratation; v Supporter la cloche gazométrique; v Achever le dégazage des boues. 13

FORME DES DIGESTEURS 14

IV. ETUDE DE CAS : STATION D’ÉPURATIONDE LA VILLE D’ANNABA 15

CARACTÉRISTIQUES DE LA STATION DONNÉES DE BASES q. Capacité de traitement : 580 700 E. H q Volume journalier : 83 620 m 3/j q Charge journalière en DBO 5 : 34 842 Kg/j FILIÈRES DE TRAITEMENT q Filière eaux : v Prétraitement (dégrillage, dessablage-déshuilage) v Décanteurs primaires v Traitement biologique q Filière boues : v Epaississement v Digestion anaérobie v Déshydratation 16

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA STEP 17

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DONNEES TECHNIQUES DIGESTEURS q. Deux cuves cylindriques en béton; q. Hermétiques pour permettre la fermentation; q. Chauffées à 35 ± 1 °C; q. Le contenu est brassé pour : vÉviter formation de croûte en surface ; v. Assurer un bon dégazage; vÉviter la sédimentation des matières; v. Homogénéiser le mélange; q. PH maintenu à 6. 5 – 8; q. AGV/TAC < à 0. 3; q. Les substrats y restent en moyenne 12 jours; q. La charge volumique du digesteur = 1. 2 à 3 Kg MVS/m 3/j; q. Rendement d’élimination des MVS = 48 % à 50%. 19

DONNEES TECHNIQUES DIGESTEURS q. Deux cuves cylindriques en béton; q. Hermétiques pour permettre la fermentation; q. Chauffées à 35 ± 1 °C; q. Le contenu est brassé pour : vÉviter formation de croûte en surface ; v. Assurer un bon dégazage; vÉviter la sédimentation des matières; v. Homogénéiser le mélange; q. PH maintenu à 6. 5 – 8; q. AGV/TAC < à 0. 3; q. Les substrats y restent en moyenne 12 jours; q. La charge volumique du digesteur = 1. 2 à 3 Kg MVS/m 3/j; q. Rendement d’élimination des MVS = 48 % à 50%. 20

DIMENSIONNEMENT Principaux paramètres de conception de la digestion Caractéristiques des boues entrée digestion Caractéristiques du digesteur Caractéristiques des boues en sortie digestion Bilan Gaz Chauffage du digesteur 21

I. DIGESTEUR Caractéristiques des boues entrée digestion Unité Valeur Kg de MS/J 23 104 g/l 70 % de MV/MS 66. 4 Unité Valeur Nombre de digesteur U 2 Volume du digesteur m 3 3 090 J 12 ° C 35 Débit journalier de boues entrée digestion Concentration Fraction volatile Caractéristiques du digesteur Temps de séjour des boues Température des boues 22

SUITE - DIGESTEUR Caractéristiques des boues en sortie digestion Unité Valeur % 55 % de MV/MS 47 Kg/J 14 684 Concentration MES en sortie de digestion g/l 44 Durée d’extraction h/J 8 Débit d’extraction m 3/h 42 Bilan Gaz Unité Valeur Nm 3/Kg de MV détruite 1. 5 Production journalière de gaz Nm 3/J 7 503 Débit horaire Nm 3/h 312 KJ /Nm 3 22 818 Taux de réduction moyen des MV Fraction volatile des boues digérées Flux MEST sortie digestion Production de gaz par Kg de MV détruite Pouvoir calorifique du gaz 23

II. CHAUFFAGE DES BOUES Chauffage du digesteur Unité Valeur Température des boues entrantes °C 15 Besoins totaux à fournir au digesteur KW 636 Capacité maximale retenue d’une chaudière KW 850 Capacité thermique totale du gaz KW 6 338 Consommation par les chaudières pour le chauffage des boues KW 813 Reste (vers torchère) KW 5 525 24

V. EXPLOITATION ET CONTRÔLE DE LA DIGESTION 25

q. Diminution de la production de biogaz et augmentation du pourcentage de CO 2; q Augmentation du rapport AGV/TAC; q. Mauvaise déshydratation : collage sur les toiles de filtration; q Les boues deviennent malodorantes : odeurs; q. Maintenir la concentration des boues fraîches la plus élevée possible (≥ 33 g/l); q. Excès de charge hydraulique diminution de la concentration en bactéries méthanogènes; q. S’assurer que la température est constante dans le digesteur pas de passage préférentiel; q. Contrôle de l’efficacité du dessableur (pouvoir de coupure). 26

VI. CONCLUSION 27

ATOUTS DE LA DIGESTION ØRéduction de la masse (matières sèches) des boues à éliminer : de 35 à 40 % MS – 40 à 50 % MV ; ØStabilisation de la matière organique : q Boues moins malodorantes que les boues fraîches; q Amélioration des conditions de travail; q Réduction des nuisances olfactives. Ø Production d’énergie valorisable : biogaz ; 28

ATOUTS DE LA DIGESTION Ø Production d’un amendement agronomique; Ø Diminution de la concentration en germes pathogènes (10 à 100 fois inférieure) : technique d’hygiénisation. q Une économie sur : vles coûts de transport des boues; vle dimensionnement des équipements (centrifugeuses, filtres, etc. ); vle conditionnement des boues (réactifs, électricité); v. Production de biogaz, énergie renouvelable. 29

INCONVÉNIENTS DE LA DIGESTION q Risque d’explosion des digesteurs et du gazométre q Contraintes d’exploitation : Suivi rigoureux du process de fonctionnement par personnel qualifiés q Retours en tête de station des surnageants à traiter q Coûts d'investissement : v. Investissement : 50 000 à 120 000 Da/t. MS, selon la taille de la STEP v. Exploitation : 2 000 à 4 000 Da /t. MS 30

MERCI DE VOTRE ATTENTION 31